DE10056534A1 - Brennstoffzellenanordnung - Google Patents

Brennstoffzellenanordnung

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Abstract

Es wird eine Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels (10) angeordneten Brennstoffzellen (12) beschrieben, wobei die Brennstoffzellen (12) jeweils eine Anode (1), eine Kathode (2) und eine zwischen diesen angeordnete Elektrolytmatrix (3) aufweisen und durch Bipolarplatten (4) voneinander getrennt und elektrisch kontaktiert sind. An den Elektroden (1, 2) sind jeweils Stromkollektoren (4a, 4b) zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Brenngas bzw. Kathodengas an denselben vorgesehen. Weiterhin sind Mittel zum Zuführen und Abführen von Brenngas und Kathodengas zu und von den Brennstoffzellen (12) vorgesehen. Eine Vorspannkraft erzeugende Mittel setzen die Brennstoffzellen (12) innerhalb des Brennstoffzellenstapels (10) unter eine gegenseitige Vorspannung in Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels (10). Erfindungsgemäß ist der Brennstoffzellenstapel (10) in Betrieb horizontal angeordnet und die Vorspannkraft der Brennstoffzellen (12) wirkt mit einer gleichmäßigen Kraft auf alle Zellen, ist gering und an den Betriebszustand der Brennstoffzellenanordnung variabel anpassbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Brennstoffzellenanordnungen mit in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Brennstoffzellen bekannt, wobei die Brennstoffzellen jeweils eine Anode, eine Kathode und eine zwischen diesen angeordnete Elektrolytmatrix aufweisen und durch Bipolarplatten voneinander getrennt und elektrisch kontaktiert sind. Jeweils an den Anoden sind Stromkollektoren zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Brenngas an denselben vorgesehen und an den Kathoden sind Stromkollektoren zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Kathodengas an denselben vorgesehen. Weiterhin sind Mittel zum Zuführen und Abführen von Brenngas und Kathodengas zu und von den Brennstoffzellen vorgesehen, sowie eine Vorspannkraft erzeugende Mittel, durch welche die Brennstoffzellen innerhalb des Brennstoffzellenstapels unter eine gegenseitige Vorspannung in Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels gesetzt werden.
Der Brennstoffzellenstapel herkömmlicher Brennstoffzellenanordnungen dieser Art ist beim Betrieb üblicherweise vertikal angeordnet, wobei alle Brennstoffzellen einer erforderlichen äußerlichen Vorspannkraft unterworfen sind und zusätzlich die unteren Zellen durch das Eigengewicht der oberen Zellen belastet werden. Damit dennoch alle Zellen einer gleichmäßigen Vorspannung und Belastung unterworfen sind, wird eine hohe äußere Vorspannkraft angelegt. Diese hohe mechanische Vorspannung führt notwendigerweise dazu, dass alle Komponenten der Brennstoffzellen, die diesen hohen Vorspannkräften ausgesetzt sind, entsprechend solide und widerstandsfähig ausgeführt sein müssen. Komponenten und Materialien, welche keinen derartig hohen Vorspannungen widerstehen können, sind somit zur Herstellung von solchen herkömmlichen Brennstoffzellenanordnungen nicht geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung geschaffen werden, bei welcher eine größere Freiheit hinsichtlich der Auswahl der in den Brennstoffzellen verwendeten Materialien steht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Brennstoffzellenanordnung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird eine Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Brennstoffzellen geschaffen. Die Brennstoffzellen enthalten jeweils eine Anode, eine Kathode und eine zwischen diesen angeordnete Elektrolytmatrix und sind durch Bipolarplatten voneinander getrennt und elektrisch kontaktiert. Jeweils an den Anoden sind Stromkollektoren zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Brenngas an denselben vorgesehen. An den Kathoden sind Stromkollektoren zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Kathodengas an denselben vorgesehen. Weiterhin sind Mittei zum Zuführen und Abführen von Brenngas und Kathodengas zu und von den Brennstoffzellen vorgesehen, sowie eine Vorspannkraft erzeugende Mittel, durch welche die Brennstoffzellen innerhalb des Brennstoffzellenstapels unter eine gegenseitige Vorspannung in Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels gesetzt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Brennstoffzellenstapel im Betrieb horizontal angeordnet ist, und dass die Vorspannkraft der Brennstoffzellen gering, an den Betriebszustand der Brennstoffzellenanordnung variabel anpassbar ist und auf alle Zellen eine gleichmäßig große Kraft wirkt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist es, dass durch eine Reduzierung der Vorspannung größere Freiheitsgrade für die Materialwahl und für die Auslegung der Brennstoffzellen geschaffen und die Vorspannkraft variabel an die verschiedenen Betriebszustände der Brennstoffzellen angepasst werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist es vorgesehen, dass die die Vorspannkraft erzeugenden Mittel beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung eine hohe Vorspannkraft erzeugen und anschließend die Vorspannkraft reduzieren. Dies ermöglicht einen Ausgleich von Toleranzen und ein Setzen des Brennstoffzellenstapels beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung und beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eine Verringerung des Kriechens von Komponenten durch die Verringerte Vorspannung und eine Erhöhung der Lebensdauer der in den Brennstoffzellen verwendeten Materialien.
Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die die Vorspannkraft erzeugenden Mittel durch eine Vorrichtung gebildet sind, welche den Brennstoffzellenstapel von außen in seiner Längsrichtung unter Vorspannung setzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist es vorgesehen, dass im Inneren des Brennstoffzellenstapels eine Volumenzunahme erzeugende Materialien vorgesehen sind. Der Vorteil hiervon ist es, dass durch die Volumenzunahme solcher Materialien ein automatischer Ausgleich von Fertigungstoleranzen und ein Ausgleich eines Setzungsvorgangs innerhalb des Brennstoffzellenstapels, sowie auch eine Zunahme der an dem Brennstoffzellenstapel anliegenden Vorspannung erfolgt.
Vorzugsweise sind die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Brennstoffzellen vorgesehen.
Gemäß eine bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist es vorgesehen, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung eine Volumenzunahme erleiden.
Vorzugsweise wird die Volumenzunahme durch eine chemische Veränderung der die Volumenzunahme erzeugenden Materialien hervorgerufen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Elektroden und/oder Matrix der Brennstoffzellen enthalten sind.
Vorzugsweise sind die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Kathoden der Brennstoffzellen enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien durch eine poröse Nickel-Sinterstruktur gebildet sind, welche an den Kathoden vorgesehen ist und die beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung unter Volumenzunahme oxidiert wird.
Vorteilhafterweise liegt die poröse Nickel-Sinterstuktur in Form eines Nickel-Schaum- Materials mit einem Feststoffgehalt von 4% bis ca. 35% vor.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stromkollektoren durch die poröse Nickel-Sinterstruktur gebildet sind, und dass die Elektroden in Form einer Schicht auf der die Stromkollektoren bildenden porösen Struktur vorgesehen sind.
Vorzugsweise sind Strömungswege in Form von Kanälen zum Führen von Brenngas und/oder Kathodengas in der die Stromkollektoren bildenden porösen Struktur vorgesehen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Volumenzunahme erzeugende Materialien in den Matrizen der Brennstoffzellen enthalten sind. Eine solche Volumenzunahme erhöht den Anpressdruck der Matrix an den Elektroden und ermöglicht es der Matrix, einer thermisch induzierten Ausdehnung metallischer Bauteile im Bereich der Matrix zu folgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Matrizen der Brennstoffzellen aus Ausgangsmaterialien hergestellt, welche beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung ein Aluminat, insbesondere Lithiumaluminat, ein Oxid, insbesondere Zirkondioxid, und/oder ein Zirkonat, insbesondere Lithiumzirkonat bilden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die an dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Vorspannung nach dem Anfahren der Brennstoffzellenanordnung reduzierbar ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Kriechen von in dem Brennstoffzellenstapel bzw. in den Brennstoffzellen enthaltenen Komponenten verringert und die Lebensdauer der Komponenten erhöht wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Reduzieren der Vorspannung durch einen Toleranzausgleich und ein Setzen der in dem Brennstoffzellenstapel, insbesondere in den Brennstoffzellen enthaltenen Komponenten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Reduzieren der Vorspannung durch Reduzierung der von außen an den Brennstoffzellenstapel angelegten Vorspannung erfolgt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematisierten Seitenansicht den Aufbau einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung, welche die horizontale Anordnung des Brennstoffzellenstapels gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 und 4 in einer schematisierten vergrößerten Querschnittsansicht einen Ausschnitt einer einen Stromkollektor bildenden porösen Struktur mit einer darauf angeordneten Elektrode bzw. eine perspektivische Darstellung der den Stromkollektor bildenden porösen Struktur allein gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 bedeutet das Bezugszeichen 10 insgesamt einen Brennstoffzellenstapel, der aus einer Anzahl von Brennstoffzellen 12 besteht. Diese enthalten jeweils eine Anode 1, eine Kathode 2 und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix 3. Benachbarte Brennstoffzellen 12 sind durch Bipolarplatten 4 voneinander getrennt, welche dazu dienen, die Ströme eines Brenngases B und eines Kathodengases bzw. Oxidationsgases O voneinander getrennt über die Anode 1 bzw. über die Kathode 2 der Brennstoffzellen 12 zu führen. Dabei sind die Anode 1 und die Kathode 2 benachbarter Brennstoffzellen 12 durch die Bipolarplatten 4 gastechnisch voneinander getrennt, jedoch über jeweilige Stromkollektoren 4a, 4b elektrisch kontaktiert, nämlich einen Stromkollektor 4a an der Anode 1 und einen Stromkollektor 4b an der Kathode 2.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Brennstoffzellenstapel 10 horizontal betrieben, wie es in Fig. 2b) gezeigt ist. Dies bedeutet, dass alle Brennstoffzellen einer gleichmäßigen Vorspannung und Belastung unterliegen, wodurch die Vorspannung und damit die Belastung der einzelnen Brennstoffzellen gleichmäßig und gering gehalten wird. Hierdurch wird eine zusätzliche Freiheit hinsichtlich der Verwendung der einzelnen Komponenten der Brennstoffzellen gegeben, d. h. es können solche Komponenten verwendet werden, die einer hohen Belastung nicht standhalten würden. Im Vergleich dazu werden in einer Brennstoffzellenanordnung mit einem vertikal angeordneten Brennstoffzellenstapel 10, wie er in Fig. 2a) gezeigt ist, die unteren Zellen zusätzlich zu der Vorspannung durch das Eigengewicht der oberen belastet und damit wesentlich stärker unter Druck gesetzt als es den darin enthaltenen Komponenten zuträglich ist. Vorzugsweise ist die Vorspannkraft der Brennstoffzellen 12 innerhalb des Brennstoffstapels 10 gering und an den Betriebszustand der Brennstoffzellenanordnung variabel anpassbar. Ganz allgemein sind hierfür die Vorspannkraft erzeugende Mittel vorgesehen, die beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung bei deren in Betriebnahme eine hohe Vorspannkraft erzeugen und anschließend die Vorspannkraft reduzieren. Dadurch können beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung Toleranzen und die Effekte eines Setzens einzelner Komponenten der Brennstoffzellen ausgeglichen werden, während beim nachfolgenden Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eine Verringerung des Kriechens der Komponenten der einzelnen Brennstoffzellen 12 durch eine verringerte Vorspannung erreicht wird. Dies hat zum einen eine Reduzierung lebensdauerbegrenzender Effekte zur Folge und ermöglicht zum anderen die Verwendung von Komponenten für die Brennstoffzellen, die einer hohen Dauerbelastung nicht gewachsen sind.
Die die Vorspannkraft erzeugenden Mittei können durch eine Vorrichtung gebildet sein, welche den Brennstoffzellenstapel 10 von außen in seiner Längsrichtung unter Vorspannung setzt. Solche Mittel können beispielsweise durch an den Enden des Brennstoffzellenstapels 10 vorgesehene Endplatten 6, 7 gebildet sein, welche durch Zugstangen 5 miteinander verbunden und gegeneinander verspannt sind, so dass die einzelnen Brennstoffzellen 12 unter einem vorgegebenen Anpressdruck aneinander gehalten werden. Zur Variation der Vorspannungskraft ist die Kraft, welche die Zugstangen auf die Endplatten ausüben, einstellbar. Dazu können Federn oder ein Balg 18 dienen, dessen Druck variabel einstellbar ist. Der Balg 18 kann auch beispielsweise entsprechend DE 198 52 362 C2 ausgebildet sein. Anstelle des Balgs 18 können die Federn angeordnet sein, die jedoch nicht dargestellt sind.
Im Inneren des Brennstoffzellenstapels 10 sind Materialien vorgesehen, welche eine Volumenzunahme bei der Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels erzeugen. Solche Materialien sind insbesondere in den Brennstoffzellen 12 vorgesehen und so ausgebildet, dass sie beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung ihr Volumen vergrößern. Dies kann insbesondere durch eine chemische Veränderung der die Volumenzunahme erzeugenden Materialien erfolgen. Bei einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Elektroden 1, 2, insbesondere in den Kathoden 2 der Brennstoffzellen 12 enthalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, sind die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien durch eine poröse Nickel- Sinterstruktur gebildet, welche an den Kathoden 2 vorgesehen ist und beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung unter Volumenzunahme oxidiert wird. Diese poröse Nickel- Sinterstruktur liegt in Form eines Nickel-Schaum-Materials vor, das einen Feststoffgehalt von 4% bis ca. 35% aufweist. Im einzelnen bildet diese poröse Nickel-Sinterstruktur die Stromkollektoren 4a, 4b der Elektroden 1, 2, insbesondere die Stromkollektoren 4b der Kathoden 2, wobei die Elektroden 1, 2 in Form einer Schicht auf der die Stromkollektoren 4a, 4b bildenden porösen Struktur vorgesehen sind. Somit ist insbesondere die Kathode 2 auf einer porösen Nickel-Sinterstruktur in Form des kathodenseitigen Stromkollektors 4b angeordnet, wobei diese Nickel-Sinterstruktur beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung unter Volumenzunahme oxidiert wird und damit eine erhöhte Vorspannung innerhalb der Brennstoffzelle und damit innerhalb des Brennstoffzellenstapels erzeugt bzw. Fertigungstoleranzen und die Effekte eines Setzens einzelner Komponenten innerhalb der Brennstoffzellen 12 ausgleicht. In der die Stromkollektoren 4a, 4b bildenden porösen Struktur sind Strömungswege in Form von Kanälen 17 vorgesehen, welche dazu dienen, Brenngas und/oder Kathodengas an den Stromkollektoren 4a, 4b vorbeizuführen, vergleiche auch Fig. 4. Im Inneren der porösen Nickel-Sinterstruktur sind mikroskopische Strömungswege 16 auf Grund der Porösität der Nickel-Sinterstruktur vorhanden, durch welche das Gas von den Kanälen 17 zu den Elektroden 1, 2 transportiert wird, vergleiche Fig. 3.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Matrizen 3 der Brennstoffzellen 12 enthalten sein. Hierzu sind die Matrizen 3 aus Ausgangsmaterialien hergestellt, welche beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung ein Aluminat, insbesondere Lithiumaluminat, ein Oxid, insbesondere Zirkondioxid, und/oder ein Zirkonat, insbesondere Lithiumzirkonat bilden. Der beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung in-situ synthetisierte Matrixwerkstoff schwindet negativ, d. h. unterliegt einer makroskopischen Volumenzunahme, die eine Längenänderung der Matrix und damit eine Erhöhung des Anpressdrucks bewirkt. Damit ist die Matrix 3 in der Lage, thermisch induzierten Ausdehnungen der sie umgebenden metallischen Bauteile der Brennstoffzelle 12 zu folgen, so dass keine Zugspannungen an der Matrix entstehen und diese rissfrei ausbrennen kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Matrix aus einem Schlicker hergestellt, welcher kommerziell erhältliches Al2O3 in einer Korngröße von etwa 0,5 bis 0,7 µm enthält. Eine weitere Mahlung hiervon ist nicht notwendig. Die Umwandlung zu LiAlO2 erfolgt über Lithiumkarbonat, das sich bei höheren Temperaturen zu Lithiumoxid zersetzt. Weiterhin wird zur Reduzierung des reaktiven Anteils aus einem Pulsationsreaktor stammendes Lithiumaluminat zugesetzt. Ferner dient Zirkonkarbid, welches zu Zirkondioxid und später mit Lithiumacetat zu Lithiumzirkonat umgewandelt wird, dazu die Schwindung einzustellen. Die übrigen Komponenten des Schlickers entsprechen denen eines herkömmlichen Schlickers zur Herstellung einer Matrix von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen.
Die vorher beschriebene Art der Herstellung von Stromkollektoren und/oder Elektrolytmatrix ermöglicht eine kalte Fertigung der Brennstoffzellen mit "grünen" Materialien ohne die sonst notwendigen Hochtemperaturprozesse unter kontrollierter Atmosphäre, die Sinterung bzw. Synthetisierung der Materialien erfolgt erst beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die an dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte Vorspannung nach dem Anfahren der Brennstoffzellenanordnung reduzierbar. Dies führt zu einer Verminderung der Vorspannung und damit zu einer Verringerung des Kriechens der in den Brennstoffzellen 12 enthaltenen Komponenten auf Grund des Verringerten Vorspannungsdrucks und damit zu einer Reduzierung lebensdauerbegrenzender Effekte sowie der Möglichkeit der Verwendung von Komponenten, etwa den oben für die Herstellung der Stromkollektoren 4a, 4b beschriebenen porösen Sinterstrukturen, ohne dass diese beschädigt würden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Reduzieren der Vorspannung durch einen Toleranzausgleich und ein Setzen der in dem Brennstoffzellenstapel 10, d. h. insbesondere in den Brennstoffzellen 12 enthaltenen Komponenten erfolgen.
Gemäß einer Alternative kann das Reduzieren der Vorspannung durch Reduzierung der von außen an den Brennstoffzellenstapel 10 angelegten Vorspannung erfolgen, also durch Reduzierung etwa der Vorspannung, der durch die Zugstangen 5 auf die Endplatten 6, 7 an den Enden des Brennstoffzellenstapels 10 ausgeübt wird, z. B. über Bälge 18 oder Federn.
Bezugszeichenliste
1
Anode
2
Kathode
3
Elektrolytmatrix
4
Bipolarplatte
4
a Stromkollektor
4
b Stromkollektor
4
c Bipolarblech
5
Zugstange
b Endplatte
7
Endplatte
10
Brennstoffzellenstapel
1
2
Brennstoffzelle
14
Gasverteiler
15
Gasverteilerdichtung
16
Strömungswege
17
Strömungswege
1
Balg
B Brenngas
O Oxidationsgas

Claims (18)

1. Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels (10) angeordneten Brennstoffzellen (12), die jeweils eine Anode (1), eine Kathode (2) und eine zwischen diesen angeordnete Elektrolytmatrix (3) aufweisen und durch Bipolarplatten (4) voneinander getrennt und elektrisch kontaktiert sind, und die jeweils an den Anoden (1) Stromkollektoren (4a) zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Brenngas an denselben und an den Kathoden (2) Stromkollektoren (4b) zum elektrischen Kontaktieren derselben und zum Führen von Kathodengas an denselben aufweisen, und mit Mitteln zum Zuführen und Abführen von Brenngas und Kathodengas zu und von den Brennstoffzellen (12), sowie mit eine Vorspannkraft erzeugenden Mitteln, durch welche die Brennstoffzellen (12) innerhalb des Brennstoffzellenstapels (10) unter eine gegenseitige Vorspannung in Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels (10) gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (10) im Betrieb horizontal angeordnet ist, und dass die Vorspannkraft der Brennstoffzellen (12) gering und an den Betriebszustand der Brennstoffzellenanordnung variabel anpassbar ist.
2. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vorspannkraft erzeugenden Mittel beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung eine hohe Vorspannkraft erzeugen und anschließend die Vorspannkraft reduzieren.
3. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vorspannkraft erzeugenden Mittel durch eine Vorrichtung (5, 6, 7, 18) gebildet sind, welche den Brennstoffzellenstapel (10) von außen in seiner Längsrichtung unter Vorspannung setzen.
4. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Brennstoffzellenstapels (10) eine Volumenzunahme erzeugende Materialien vorgesehen sind.
5. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Brennstoffzellen (12) vorgesehen sind.
6. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung eine Volumenzunahme erleiden.
7. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenzunahme durch eine chemische Veränderung der eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien hervorgerufen wird.
8. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Elektroden (1, 2) der Brennstoffzellen (12) enthalten sind.
9. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Kathoden (2) der Brennstoffzellen (12) enthalten sind.
10. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien durch eine poröse Nickel-Sinterstruktur gebildet sind, welche an den Kathoden (2) vorgesehen ist und beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung unter Volumenzunahme oxidiert wird.
11. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Nickel-Sinterstruktur in Form eines Nickel-Schaum-Materials mit einem Feststoffgehalt von 4% bis ca. 35% vorliegt.
12. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromkollektoren (4a, 4b) durch die poröse Nickel-Sinterstruktur gebildet sind, und dass die Elektroden (1, 2) in Form einer Schicht auf der die Stromkollektoren (4a, 4b) bildenden porösen Struktur vorgesehen sind.
13. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswege in Form von Kanälen (17) zum Führen von Brenngas und/oder Kathodengas in der die Stromkollektoren (4a, 4b) bildenden porösen Struktur vorgesehen sind.
14. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Volumenzunahme erzeugenden Materialien in den Matrizen (3) der Brennstoffzellen (12) enthalten sind.
15. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen (3) der Brennstoffzellen (12) aus Ausgangsmaterialien hergestellt sind, welche beim Anfahren der Brennstoffzellenanordnung an Aluminat, insbesondere Lithiumaluminat, ein Oxid, insbesondere Zirkondioxid, und/oder ein Zirkonat, insbesondere Lithiumzirkonat bilden.
16. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Brennstoffzellenstapel (10) erzeugte Vorspannung nach dem Anfahren der Brennstoffzellenanordnung reduzierbar ist.
17. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Vorspannung durch einen Toleranzausgleich und ein Setzen der in dem Brennstoffzellenstapel (10), insbesondere in den Brennstoffzellen (12) enthaltenen Komponenten erfolgt.
18. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Vorspannung durch Reduzierung der von außen an den Brennstoffzellenstapel (10) angelegten Vorspannung erfolgt.
DE10056534A 2000-11-15 2000-11-15 Brennstoffzellenanordnung Ceased DE10056534A1 (de)

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